JP4408273B2 - 燃料噴射弁及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁とその製造方法に関する。

自動車エンジンなどに使用される燃料噴射弁は、オリフィスすなわち燃料通路の中心軸線が噴射弁本体の中心軸線と平行になっている円筒状噴孔を有するものが一般的である。しかし、近年、噴霧の精度向上及び高機能化のために、要求にあった複雑な噴霧形状を実現できる燃料噴射弁が要求されるようになった。また、燃料の微粒化も要求されるようになった。これらの要求に応えるために、オリフィスを噴射弁本体の中心軸線に対して傾斜させ、燃料を斜め方向に噴射させるようにした噴孔が見られるようになった(例えば、特許文献１、２参照)。特許文献１には、オリフィスの上流側を噴射弁本体の中心軸と平行な中心軸を有する円筒状にし、下流側を噴射弁本体の中心軸に対して曲線状に傾斜させて湾曲通路とした燃料噴射弁が記載されている。また、特許文献２には、噴孔の傾斜内側側面の打抜きクリアランスを小さくし、傾斜外側側面の打ち抜きクリアランスを大きくして下流側に向かって径が広がる噴孔とした燃料噴射弁が記載されている。

特開2003−161229号公報(要約) 特開2003−245735号公報（要約）

燃料噴射弁のオリフィスを高精度に加工する方法には、パンチを用いるプレス加工がある。しかし、特許文献１に記載された燃料噴射弁のように、湾曲通路を有するオリフィスの場合には、プレス加工は難しい。特許文献１には、円筒状通路は直状の電極棒を使用して放電加工或いはエンドミルを用いて機械加工し、湾曲通路は円弧状の電極棒を使用して放電加工することが記載されている。また、放電加工は面粗さが大きいことから、更に流体研磨を行って平滑面に仕上げることが記載されている。

本発明の目的は、オリフィスの成形にプレス加工を適用でき、しかも、燃料の微粒化効果を高めることのできる燃料噴射弁とその製造方法を提供することにある。

本発明は、燃料を噴射するオリフィスが先端部に設けられている燃料噴射弁において、オリフィスの下流側内壁の一部が上流側内壁に対してオリフィスの中心軸線側に傾斜していることを特徴とする。

また、本発明は、燃料が斜め方向に噴射されるようにオリフィスが傾斜して設けられている燃料噴射弁において、オリフィスの下流側内壁の一部が上流側内壁に対してオリフィスの中心軸線側に更に傾斜していることを特徴とする。

本発明は、ダイ孔が設けられたダイの上にノズル又はオリフィスプレートをセットして、パンチでオリフィスを成形する燃料噴射弁の製造方法において、パンチでオリフィスを成形した後、オリフィスの下流側先端部分をコイニング加工してオリフィス下流側内壁の一部をオリフィス上流側内壁に対してオリフィスの中心軸線側に傾斜させることを特徴とする。

また、本発明は、ダイ孔が設けられたダイの上にオリフィス成形用プレート材料をセットし、パンチを貫通させてオリフィスを成形する燃料噴射弁の製造方法において、前記パンチを貫通させてオリフィスを成形した後、コイニング突起を有するコイニングダイを用いてオリフィスの下流側先端部分をコイニング加工し、オリフィスの下流側内壁の一部を上流側内壁に対してオリフィスの中心軸線側に傾斜させることを特徴とする。

更に、本発明は、ダイ孔が設けられたダイの上にオリフィス成形用プレート材料をセットし、パンチを貫通させてオリフィスを成形する燃料噴射弁の製造方法において、ダイ孔の端面が部分的に傾斜しているダイを用い、オリフィスの上流側となる方向からパンチを貫通させて貫通孔を成形するとともに前記ダイ孔の端面が部分的に傾斜している位置に凸部を形成し、その後、前記凸部を平押ししてオリフィスの下流側内壁の一部を上流側内壁に対してオリフィスの中心軸線側に傾斜させることを特徴とする。

本発明の燃料噴射弁は、オリフィスの下流側内壁の一部がオリフィスの中心軸線側に傾斜しているので、オリフィスに流入した燃料が、この傾斜している部分に押し付けられて薄膜化しやすくなり、噴霧の微粒化が促進される。また、オリフィス出口部の形状を任意に変えることができ、噴霧の形状をオリフィス出口部の形状と同等の形状にできる。オリフィスが傾斜した噴孔である場合には、オリフィス下流側内壁に設けられた傾斜部によって噴射方向が広がるので、更に微粒化が促進される。本発明の燃料噴射弁は、パンチを用いるプレス加工後にコイニング加工を施すことによって容易に製造することができる。

本発明は、オリフィスの中心軸線が噴射弁本体の中心軸線と平行になっているオリフィス及び傾斜したオリフィスを有する燃料噴射弁を対象とする。

傾斜したオリフィスの場合には、オリフィスの中心軸線に対して更に傾斜させる部分を、傾斜内側内壁とすることが特に望ましい。これにより、噴霧の広がりを大きくすることができる。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１に本発明が適用される自動車のガソリンエンジン用燃料噴射弁の縦断面図を示す。

弁を作動する磁気回路は燃料噴射弁本体１を形成するコア４１、ヨーク４２、可動弁４３からなる。コア４１の内部には、バルブシート４３ａを先端部に備えた可動弁４３、可動弁４３をノズル１０の弁シート部１０ａに押圧するスプリング４４、スプリング４４の荷重を調整するアジャスタ４５、可動弁４３のストロークエンドとなるストッパ４６が備えられている。さらに、燃料に旋回力を与えるスワラー５０、スワラー５０をノズル１０に固定しているプレート５１、コア４１とヨーク４２との間から燃料が漏洩するのを防ぎドライコイル構造を支えるリング４７、磁気回路を励磁するコイル４８及びコイル４８に通電する端子ボビン４９が備えられている。

本実施例の燃料噴射弁は、コイル４８に通電されると可動弁４３がスプリング４４の付勢力に抗してコア４１の方向に移動する。これにより、燃料はコア４１、アジャスタ４５、リング４７、可動弁内通路４３ｂ，４３ｃ、ノズル内通路１０ｂ、プレート内通路５１ｂを通り、スワラー溝５０ｂによって旋回力を与えられ、オリフィス１１から噴射される。コイル４８の電流を遮断した場合には、可動弁４３がスプリング４４の力で弁シート部１０ａに当接して閉弁状態となる。なお、本実施例では、ノズル１０に直接、オリフィスが成形加工されているが、オリフィスを有するオリフィスプレートをノズルの先端部分にはめ込むようにしても良い。

本発明は、以上述べた構成の燃料噴射弁において、ノズル１０或いはオリフィスプレートに設けられるオリフィス１１の形状と、その加工方法に特徴を有する。

本発明の一実施形態によるオリフィスの加工方法を図２（ａ），（ｂ）により説明し、その加工方法によって製造されたオリフィスを図３（ａ），（ｂ）に示す。この実施例では、燃料噴射弁の中心軸線に対して、オリフィスの中心軸線が平行である円筒状オリフィスを成形加工した。

オリフィスの成形加工にあたっては、まず、図２（ａ）に示すように、ダイ孔２１ａを有するダイ２１の上にノズル１０をセットする。パンチ２０の円筒状切刃部２０ａでオリフィス１１の下流側部分を成形する。パンチ２０を引き抜いた後、図２（ｂ）に示すように、コイニング部２２ａを有するパンチ２２を用いて、そのコイニング部２２ａでオリフィス１１の下流側端面を所定の量コイニング加工する。コイニング加工することによりオリフィス１１の下流側端面は部分的に変形し、オリフィス１１の中心に向かって傾斜部１１ａ，１１ｂが成形される。その後、弁シート部１０ａを旋削或いはドリル等によって機械加工することによりオリフィス１１を貫通させ、焼入れを施した後、研削加工により弁シート部１０ａを仕上げる。

図３（ａ）はノズル１０を先端部側から見た正面図であり、図１における燃料噴射弁本体１の中心軸と同軸上にオリフィス１１が設けられている。図３（ｂ）はノズル１０及びオリフィス１１の縦断面図を示している。オリフィス１１は下流側部分にオリフィス内周の約１／２にわたって傾斜部１１ａ，１１ｂが設けられている。傾斜部にはパンチ２２のコイニング部２２ａを押し込んだときに生じた凹み１１ｃが存在する。

図３に示すオリフィス形状の場合、スワラー溝及び弁シート部１０ａを通りオリフィス１１に流入した燃料は、傾斜部１１ａ、１１ｂに押し付けられて薄膜状になり、噴霧が微粒化される。また、傾斜部に衝突して流れ方向を変えた噴霧が、オリフィスの中心軸に沿って流れる流体に衝突し、これによっても噴霧の微粒化が促進される。

オリフィスの下流側内壁の一部分に傾斜部を設けたことによって、噴霧形状を変えることができ、また、噴霧に濃度変化を付けることができる。噴霧形状は、傾斜部を形成する部位或いは傾斜角度を変えることによって任意に設定することができる。

本実施例のオリフィスは、パンチを用いたプレス加工とコイニング加工によって容易に成形することができる。なお、傾斜している内壁は、特殊な噴霧形状にすることが要求される場合を除いて、通常はオリフィス内周の１／２或いはそれ以下とすることが望ましい。これ以上にすると、噴霧がかえって広がらなくなる恐れがある。

傾斜部を設ける部位を変えた例を図４（ａ），（ｂ）に示す。燃料噴射弁は、目的にあった複雑な噴霧形状を要求される場合がある。図４（ａ）、（ｂ）は、オリフィスの下流側先端部の正面図を示している。図４（ａ）はオリフィス１２の内周の一部分を除いて、残りの大部分に傾斜部１２ａを設けた例である。この傾斜部は、図４（ａ）に示したような形状のコイニング部１２ｃを有するパンチを用いてコイニング加工を施すことによって成形することができる。図４（ａ）に示すオリフィス形状の場合には、その先端部形状に類似した噴霧形状となり、傾斜部が設けられていない部分の燃料濃度が相対的に高く、傾斜部が設けられた部分の燃料濃度が相対的に低くなる。

図４（ｂ）はオリフィス１３の下流側内壁の３箇所に傾斜部１３ａを設けた例である。この傾斜部は、コイニング部１３ｃを有するパンチを用いてコイニング加工を施すことによって成形することができる。この場合にも、オリフィス１３の先端部形状に類似した噴霧形状が得られ、傾斜部が設けられていない部分の燃料濃度が相対的に高く、傾斜部の濃度が相対的に低くなる。

本実施例では、傾斜したオリフィスに対して本発明を適用した場合と、そのオリフィスの成形方法について説明する。図５はオリフィスプレート６０に６個の傾斜したオリフィス６１が加工されている例を示している。このオリフィスプレートが図１に示した燃料噴射弁の先端のノズル部分にはめ込まれると考えてよい。図５のオリフィスは実線と点線で示されているが、実線がオリフィスの上流側入口であり、点線がオリフィスの下流側出口である。

図５のオリフィスのＹ−Ｙ断面図を図６と図７に示す。図６は従来例であり、図７は本発明である。テーパ噴孔の場合、図６に示したように、末広がりになる破断面６１ａを伴う断面形状にしたものが知られている。このオリフィス形状の場合、オリフィスの中心軸線６１ｄが傾斜（約２０°〜４０°）しているにもかかわらず、オリフィスの傾斜外側内壁上端と傾斜内側内壁下端との間の幅ｗで真下に流れる流体の流れがある。これにより、オリフィス６１の傾斜角に対し噴霧８０の傾斜角が小さくなり、噴霧が広がりにくく微粒化が図れないという問題点がある。

図７は本発明によるものであり、オリフィス６１の下流側の傾斜内側内壁にはオリフィス６１の中心軸線６１ｄに対して更に５°〜１５°傾斜する傾斜部６１ｂ，６１ｃがオリフィス内周の約１／２にわたって形成されている。このため、オリフィス６１の中心軸線６１ｄは、下流側では更に傾斜した傾斜軸線６１ｅになる。本実施例のオリフィスの場合、真下に流れる流量の幅はｗ１なり、ｗ１＜ｗから明らかなように真下に流れる流量が減少し、オリフィス６１の傾斜角に沿った噴霧９０の傾斜角になる。本実施例の場合、燃料が傾斜部６１ｂ，６１ｃに押し付けられて薄膜化しやすくなり、微粒化が促進されることに加えて、噴霧が広がりやすくなるために、より一層の微粒化が図れ、良好な燃焼を得ることができる。

次に、図７に示したオリフィスの加工方法について説明する。

オリフィスを成形するためのプレート材料からなるオリフィスプレート６０を、図８（ａ）に示すようにダイ孔６４ａを有するダイ６４の上にセットする。オリフィスプレートの上にストリッパ６３をセットし、ダイ６４とストリッパ６３によってオリフィスプレート６０を挟む。ダイ孔６４ａの径は、オリフィス６１とほぼ同径のパンチ６２より打抜きクリアランス分大きくする。円筒状のパンチ６２の下降によりオリフィス６１が穿孔される。

オリフィス６１を穿孔したならば、オリフィスプレート６０を図８（ｂ）に示すように約半周の長さのコイニング突起６６ａを有するコイニングダイ６６にセットする。オリフィスプレート６０を上プレート６５で加圧することにより、オリフィス６１の下流側近傍をコイニング加工する。

コイニング加工により、オリフィスプレート６０の一部にコイニングダイ６６のコイニング部６６ａが押し込まれ、これにより、図８（ｃ）に示すようにオリフィス６１の下流側が局部的にコイニング加工される。そして、オリフィス６１の傾斜内側内壁にはオリフィス６１の傾斜軸線６１ｅよりも更に傾いた傾斜部６１ｂ，６１ｃが成形される。オリフィスプレート６０は、コイニングダイ６６のコイニング突起６６ａが押し込まれた部分が凹み、コイニング部６０ａが形成される。

傾斜部６１ｂ，６１ｃの角度や大きさは、コイニング突起６６ａの寸法を適時設計することにより、任意に変更できる。

以上のようにオリフィスを加工することで、オリフィス６１は破断面６１ａの傾斜角外側内壁と傾斜角内側の傾斜部６１ｂ，６１ｃにより、断面が中心軸線６１ｄと傾斜軸線６１ｅのように２段に折れ曲がった形状になる。これにより、燃料の微粒化を促進できる。本実施例のオリフィスはプレス加工とコイニング加工により高精度、且つ、生産性良く成形することができる。

噴孔をプレスにより打ち抜き加工して成形する場合には、加工できる噴孔傾斜角に限界があり、θ＝４５°以上の角度で打ち抜くことは難しい。本発明では、限界の傾斜角で打ち抜いた後に、コイニング加工によりオリフィスの傾斜角内側内壁を更に傾斜させ、θ＝４５°以上にすることが可能である。

傾斜した噴孔を有するオリフィスの成形方法に係る別の実施形態について説明する。

本実施例では、図９（ａ）に示したように、ダイブロック７５内にダイ７４ａを有するダイ７４を設置する。ダイ７４は面取り部７４ｂを有している。ダイ７４及びダイブロック７５の上にプレート材料からなるオリフィスプレート７０をセットする。オリフィスプレート７０の上にストリッパ７３をセットする。この状態でパンチ７２を下降させてオリフィス７１を穿孔する。この時、ダイ７４の面取り部７４ｂとオリフィスプレート７０の間は空間となり、穿孔時にオリフィスプレート７０の一部が下方に押出され、押出し部７１ａのようになる。また、押出された分だけ板厚が厚くなり、更にダイ７４からの亀裂発生が遅くなるため、オリフィス７１の傾斜角内側内壁のせん断面は傾斜角外側内壁よりも長くなる。

次に図９（ｂ）に示すように、平板よりなる下プレート７７上にオリフィスプレート７０をセットし、上プレート７６で加圧することにより、押出し部７１ａを平押しして平面状に成形する。

これにより、図９（ｃ）に示すようにオリフィス７１の傾斜角内側内壁にはオリフィス７１の中心軸線７１ｅよりも更に傾いた傾斜部７１ｃ，７１ｄが成形される。

尚、この加工方法では、ダイ７４の面取り部７４ｂを適時設計することにより、傾斜部７１ｃ，７１ｄの角度や大きさを任意に変更できる。

以上のようにして加工されたオリフィス７１は、破断面７１ｂの傾斜角外側内壁と傾斜部７１ｃにより断面がオリフィスの中心軸線７１ｅと傾斜軸線７１ｆのように２段に折れ曲がった形状になり、オリフィス内部で燃料の流れる方向が偏向するようになる。

本発明の実施例であり、燃料噴射弁の全体構成を示した縦断面図。 本発明によるオリフィスの加工工程を示した縦断面図。 図２の方法によって成形されたオリフィスを有するノズルの正面図と縦断面図。 オリフィス下流側先端部形状の別の実施例を示した正面図。 傾斜した噴孔を有するオリフィスプレートの正面図。 傾斜したオリフィスの従来例を示す縦断面図。 傾斜したオリフィスの本発明による実施例を示す縦断面図。 傾斜したオリフィスの加工工程を示した縦断面図。 傾斜したオリフィスの別の加工工程を示した縦断面図。

符号の説明

１…燃料噴射弁本体、１０…ノズル、１１…オリフィス、１１ａ…傾斜部、２０…パンチ、２２ａ…コイニング部、６０…オリフィスプレート、６０ａ…コイニング部、６１…オリフィス、６１ａ…破断面、６１ｂ…傾斜部、６２…パンチ、６６ａ…コイニング突起、７０…オリフィスプレート、７１…オリフィス、７１ａ…押出し部、７１ｂ…破断面、７１ｃ…傾斜部、７２…パンチ、７４…ダイ、７４ｂ…面取り部。

Claims (2)

1. ダイ孔が設けられたダイの上にノズル又はオリフィスプレートをセットしてパンチでオリフィスを成形する燃料噴射弁の製造方法において、
   前記ダイの上にセットされたノズル又はオリフィスプレートに対して、オリフィスの下流側からパンチを押し込んで未貫通のオリフィスを成形し、その後、前記未貫通孔のオリフィスの下流側先端部分となるべきオリフィス出口の開口縁の一部を含むオリフィス出口周囲の一部をコイニング加工してオリフィス下流側内壁の一部をオリフィス上流側内壁に対してオリフィス中心軸線側に傾斜させ、その後、前記オリフィスの上流側に位置する弁シート部を機械加工により成形することにより前記オリフィスを貫通させること特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
2. 請求項１において、前記コイニング加工を、コイニング部を有するパンチを用いて行うことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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